金属缺口试样静拉伸试验

金属缺口试样静拉伸试验

金属在其他静载荷下的力学性能——缺口试样静载荷试验（二）

金属缺口试样静拉伸试验 二、缺口试样静拉伸试验

缺口试样静拉伸试验分为轴向拉伸和偏斜拉伸两种。
缺口拉伸试样的形状及尺寸如图2- 13 所示。

金属材料的缺口敏感性指标用缺口试样的抗拉强度σbn与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度σb的比值表示，称为缺口敏感度，记为NSR(Notch Sensitivity Ratio)

NSR 越大，缺口敏感性越小。脆性材料如铸铁、高碳钢的NSR总是小于1 ，表明缺口根部尚未发生明显塑性变形时就已经断裂，对缺口很敏感。高强度材料的NSR一般也小于1；塑性材料的NSR一般大于1 。
缺口静拉伸试验，广泛用于研究高强度钢(淬火低中温回火)的力学性能、钢和钦的氢脆，以及用于研究高温合金的缺口敏感性等。缺口敏感度指标NSR 如同材料的塑性指标一样，也是**性的力学性能指标。在选材时只能根据使用经验确定对NSR 的要求，不能进行定量计算。
在进行缺口试样偏斜拉伸试验时，因试样同时承受拉伸和弯曲载荷复合作用，故其应力状态更"硬"，缺口截面上的应力分布更不均匀，因而更能显示材料对缺口的敏感性。这种试验方法很适合高强度螺栓之类零件的选材和热处理工艺的优化，因为螺栓带有缺口，并且在工作时难免有偏斜。
图2-14 所示为缺口偏斜拉伸试验装置。与一般缺口拉伸不同，在试样与试验机夹头之间有一垫圈，垫圈的偏斜角α有4°和8°两种，相应的缺口抗拉强度以σ4bn和σ8bn表示。一般也用缺口试样的σαbn与光滑试样的σb之比表示材料的缺口敏感度。

图2-15 所示为30CrMnSiA 钢的热处理工艺对缺口偏斜拉伸性能的影响。图中虚线表示光滑试样的σb，实线为缺口偏斜拉伸试样的抗拉强度。偏斜角为0°，即为缺口试样轴向拉伸，所得结果为σbn，将其除以σb即为NSR 。试样经摔火后在200℃和500℃两种温度下回火，其缺口试样轴向拉伸试验的NSR 都是1.2左右。但两者偏斜拉伸的结果却不相同。由图2-15 可见，该钢经200℃回火后，σbn较高，但对偏斜十分敏感，表现为偏斜角增大，强度急剧下降；经500℃回火后，σbn仍高于σb，但由于金属的塑性升高，使应力分布均匀化，
故σbn对偏斜不敏感，数据分散性也很小。这个试验结果表明，对于30CrMnSiA 钢制造的高强度螺栓，其热处理工艺以淬火+ 500℃回火为佳。进一步试验证明，若对30CrMnSiA 钢施以860℃加热， 370℃等温淬火，其偏斜4°、8°的缺口强度均优于淬火+ 500℃回火者。偏斜8°时，两者相差一倍有余。

金属缺口试样静拉伸试验 三、缺口试样静弯曲试验

缺口静弯曲试验也可显示材料的缺口敏感性，由于缺口和弯曲所引起的应力不均匀性叠加，使试样缺口弯曲的应力应变分布的不均匀性较缺口拉伸时更甚，但应力应变的多向性则减少。
缺口静弯曲试验可采用图2-16 所示的试样及装置。也可采用尺寸为10mm x 10mm x55mm 、缺口深度为2mm 、夹角为60°的V 形缺口试样。试验时记录弯曲曲线(试验力F 与挠度f关系曲线) ，直至试样断裂。

图2-17 所示为某种金属材料的缺口试样静弯曲曲线。试样在Fmax 时形成裂纹，在F1时裂纹扩展到临界尺寸随即失稳扩展而断裂。曲线所包围的面积分为弹性区I、塑性区II和断裂区III。各区所占面积分别表示弹性变形功、塑性变形功和断裂功的大小。断裂功的大小取决于材料塑性。塑性好的材料裂纹扩展慢，断裂功增大，因此可用断裂功或Fmax/F1的比值来表示金属的缺口敏感度。断裂功大或Fmax/F11大，缺口敏感性小;反之，缺口敏感性大。若断裂功为零或Fmax/F1= 1 ，表明裂纹扩展极快，金属易产生突然脆性断裂，缺口敏感性*大。

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